一种脱除烟道气中二氧化碳的工艺方法及吸收反应器，应用于烟道气中二氧化碳的脱除。用于脱除烟道气中二氧化碳的吸收反应器，包括吸收反应器壳体，进烟口，排气口和排液口，反应器中部轴向设有中心轴，中心轴与反应器外壳相连接并以此作为支撑，中心轴在反应器壳体外与电动机连接；中心轴上均匀分布着20～25圈螺旋碟片，反应器顶部装有20～25个压力式喷头。工艺方法包括将含有二氧化碳的烟道气通过热交换器后进入吸收反应器，在螺旋碟片形成的螺旋通道中与氨水实现多次错流接触，反应后的液体从吸收反应器的底部流入中间储槽，中间储槽上部清液溢流入循环氨水罐，生成的固体物质沉淀在中间储槽底部。应用该工艺方法能够使烟道气中二氧化碳脱除率提高至90％～95％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体分离领域，更具体地涉及应用氨水吸收法对烟道气中的二氧化碳 进行脱除。
技术介绍
全球变暖越来越受到国际社会的重视，二氧化碳作为最主要的温室气体，其减排 和利用已经成为迫切需要解决的问题。化石燃料燃烧时会产生大量烟道气，对环境造成污染。烟道气的主要组成按体积 百分比大小为氮气、水蒸气、二氧化碳、氧气和和少量硫化物，其中二氧化碳的体积百分比 一般在10% -15%范围内。针对燃烧后排放的二氧化碳的分离技术主要有化学吸收法、吸 附法、膜吸收法和生物固碳和水合物法，其中化学吸收法被认为是目前最有效的方法。吸收 二氧化碳主要的化学试剂有醇胺溶液，氢氧化钠溶液和氨水等。用氨水吸收烟道气中的二氧化碳，反应生成碳酸盐，既能实现二氧化碳的脱除，减 少温室气体排放，又能获得可作为化肥的铵盐，使二氧化碳变废为宝，实现回收利用，同时 产生经济效益和环境效益。现有技术中，氨水吸收脱除烟道气中二氧化碳的工艺方法，主要有氨水鼓泡吸收、 填料塔吸收、多层筛板塔吸收等。氨水鼓泡吸收法限于二氧化碳浓度低、常压下不易溶解等 原因，导致反应时间长、吸收效率低。填料塔吸收法由于二氧化碳的溶解度较低，存在溶解 传质控制以及填料层堵塞等问题。筛板塔吸收法同样存在气-液相接触不完全、反应不充 分等问题。中国专利CN1833756A提出一种脱除烟道气中二氧化碳的工艺方法。该工艺方法 中采用氨水与烟道气错流接触，在一定程度上提高了二氧化碳的脱除效率，并实现了氨水 的循环利用。但是，该工艺方法没有对吸收反应物的反应温度进行控制，反应转化率低，氨 水对烟道气中二氧化碳的吸收效率受到一定影响。另外上述专利中采用的吸收反应器，其中心转轴上设置碟片，碟片与碟片之间仅 通过碟片上一些孔道连接，在调速电机的带动下进入吸收反应器内的氨水与烟道气错流接 触，在一定程度上提高了二氧化碳的脱除效率，但是碟片上的孔道在旋转过程中通液能力 低，且易堵塞，另外碟片之间靠近中心转轴的离心力一般较低，这样会造成中心转轴上氨 水的喷液孔堵塞，碟片与喷液孔的结构设置使得烟道气与氨水只在两个碟片间接触，造成 气-液接触不充分，氨水用量大，烟道气中二氧化碳的吸收效率低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题提供一种脱除烟道气中二氧化碳的工艺方法，该工艺 方法能够控制循环氨水与烟道气在吸收反应器中的反应温度，提高吸收效率，另外该工艺 方法能够解决现有技术中烟道气与循环氨水接触不充分，氨水用量大，烟道气中二氧化碳 吸收效率低的问题。本专利技术中所采取的技术方案为一种用于脱除烟道气中二氧化碳的吸收反应器， 包括吸收反应器壳体，壳体上部的两端分别为进烟端和出气端，进烟端侧壁设有切向进烟口，出气端侧壁设有排气口，反应器壳体下端中部设有排液口，吸收反应器中部轴向设有中心轴，中心轴与吸收反应器壳体相连接并以此作为支撑，中心轴在反应器壳体外与电动机连接；反应器高度为200-240mm，反应器长度为2000mm-3000mm ;反应器进烟口与排气口两端装有丝网除沫器固定于中心轴上；中心轴上均匀分布着20 25圈螺旋碟片，碟片边缘距中心轴的高度为80-100mm，碟片间距为100-120mm，所述螺旋碟片将反应器内划分出螺旋通道，所述螺旋碟片下端距反应器筒壁下端10-20mm ;反应器顶部装有20-25个压力式喷头，间距与碟片间距相同，所述压力式喷头将氨水液滴雾化成平均直径为30-40 μ m的液滴。下面结合附图1对用于脱除烟道气中二氧化碳的吸收反应器作进一步说明。如图1，为吸收反应器壳体切向剖面图以及内部结构的示意图。吸收反应器A-1 壳体为圆柱筒状不锈钢材质，其筒壁上部进烟端侧壁设有切向进烟口 0-1，出气端侧壁设有排气口 0-2，反应器筒壁下端中部设有排液口 0-3 ;反应器中部轴向设有中心轴Z，中心轴Z 与反应器A-1外壳相连接并以此作为支撑，中心轴Z在反应器A-1壳体外与电动机P-1连接；反应器高度为200-240mm，反应器长度为2000mm-3000mm ;反应器进烟口与排气口两端装有丝网除沫器4，固定于中心轴Z上；中心轴Z上均匀分布着20 25圈螺旋碟片，将反应器内划分出螺旋通道，I为进烟端碟片，2为出气端碟片，碟片边缘距中心轴Z的高度为 80-100mm，碟片间距为100-120mm ;所述螺旋碟片下端距反应器筒壁下端10-20mm ;反应器顶部装有20-25个压力式喷头3，间距与碟片间距相同，其喷嘴喷出液滴雾化的平均直径为 30-40 μ m ;通入反应器Z的气体可沿螺旋轨道从进烟端0-1到达出气口 0_2，气体在每两片碟片之间直接与反应器Z顶端喷头3喷出的氨水进行接触并发生吸收反应，增加了气-液全接触反应的次数；氨水从喷入反应器至到达反应器底部的时间极短，在O. 2-0. 4s之间， 既保证了吸收反应前后的氨水浓度不会大幅度降低，使吸收反应能够维持较高的转化速度和转化率，极大地提高二氧化碳脱除率，同时，有效避免因反应结晶造成堵塞。本专利技术中脱除烟道器中二氧化碳的工艺方法所采取的技术方案包括如下步骤 (I)含有二氧化碳的烟道气首先进入热交换器，与热交换器内的冷却介质循环氨水进行热量交换，其中冷却介质循环氨水的温度为室温。经过热交换器后，烟道气温度为 40°C 45°C，循环氨水的温度为35°C 40°C ；氨水吸收二氧化碳的反应主要发生在气液界面的液膜中，液相中主要的化学反应式为CO2 (g) +2NH3 (aq) — NH2COONH4 (aq)(I)C02(g) + 2NH3(1) + H2O(I) N(NH4)2C03(s)(2)CO2 (g) +NH3 (I)+H2O (I) <- NH4HCO3(S) (3)其中反应(I)实际上包含以下两个反应CO2 (g) +NH3 (aq) — NH2COCT (aq) +Η.(4)NH3 (aq) +H+ <- NH4+(aq) (5)生成的NH2COONH4在溶液中部分水解生成游离氨NH2COCT (aq)+H2O (I) <- HCO3^ (aq) +NH3 (aq) (6)NH3 (aq)+H2O (I) <- NH3H2O (aq) (7)对于纯氨水吸收二氧化碳，碳化度很低，溶液中二氧化碳主要以氨基甲酸铵 (NH2COONH4)的形式存在，反应(6)进行得很慢，对二氧化碳的吸收过程没有直接影响。因此，氨水吸收二氧化碳的反应主要进行到反应(I)。又因为反应(I)由反应(4)和反应(5) 两步完成，其中反应⑷是快速不可逆反应，反应(5)是离子反应，瞬间即能完成，所以氨水吸收二氧化碳的反应速率由反应(4)控制，且反应(4)对二氧化碳和NH3分别为一级的二级反应。另外，反应⑵、(3)是可逆反应，在常温下以正向反应为主，生成(NH4)2COdPNH4HCO3, 当反应温度升高到38-60°C，将发生逆向反应，(NH4)2CO3和NH4HCO3将分解。所以，氨水吸收二氧化碳的最佳反应温度为38°C。因此，如果将低温烟道气温度控制在40-45°C之间，高温氨水的温度在35-40°C之间，可以保证反应在35_45°C之间进行，这样就可以获得较高的转化率。(2)步骤(I)中经过热交换器后的烟道气沿切向送入吸收本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于脱除烟道气中二氧化碳的吸收反应器，包括吸收反应器壳体，壳体上部的两端分别为进烟端和出气端，进烟端侧壁设有切向进烟口，出气端侧壁设有排气口，反应器壳体下端中部设有排液口，反应器中部轴向设有中心轴，其特征在于中心轴与反应器外壳相连接，中心轴在反应器壳体外与电动机连接；中心轴上均匀分布着20～25圈螺旋碟片，所述螺旋碟片将反应器内划分出螺旋通道；反应器顶部装有20?25个压力式喷头，间距与碟片间距相同。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨宁，刘恒，齐红卫，修锐，董欣，季迎，江柳，马英，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：
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